Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 1814:2009 (hoàn toàn tương đương với tiêu chuẩn quốc tế ISO 439:1994) quy định phương pháp khối lượng để xác định hàm lượng silic tổng số trong thép và gang. Đây là một trong những tiêu chuẩn kỹ thuật quan trọng trong ngành luyện kim, giúp kiểm soát chất lượng và thành phần hóa học của vật liệu. Dưới đây là tóm tắt chi tiết và chuyên sâu về Phần mở đầu cùng các điều khoản đầu tiên (từ Điều 1 đến Điều 4) của tiêu chuẩn này.

- Điều 1: Phạm vi áp dụng

• Tiêu chuẩn này quy định chi tiết phương pháp khối lượng để xác định hàm lượng silic tổng số trong các sản phẩm thép và gang.
• Giới hạn áp dụng: Phương pháp này được thiết kế tối ưu và cho độ chính xác cao nhất đối với các mẫu thử có hàm lượng silic nằm trong khoảng từ 0,10 % (khối lượng) đến 5,0 % (khối lượng).
• Ý nghĩa thực tiễn: Đây là phương pháp phân tích hóa học cổ điển nhưng có độ tin cậy cực kỳ cao, thường được sử dụng làm phương pháp trọng tài để giải quyết các tranh chấp về chất lượng sản phẩm hoặc dùng để hiệu chuẩn các thiết bị phân tích nhanh hiện đại.

- Điều 2: Tài liệu viện dẫn

• Việc áp dụng tiêu chuẩn TCVN 1814:2009 đòi hỏi phải kết hợp chặt chẽ với các tài liệu viện dẫn liên quan để đảm bảo tính đồng bộ và chính xác trong suốt quy trình thực nghiệm.
• Tài liệu viện dẫn cốt lõi là TCVN 1811 (ISO 14284) về Thép và gang - Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu thử để xác định thành phần hóa học. Việc lấy mẫu đúng quy chuẩn quyết định trực tiếp đến tính đại diện và độ chính xác của kết quả phân tích silic sau này.

- Điều 3: Nguyên tắc của phương pháp

• Hòa tan mẫu thử: Tiến hành hòa tan một lượng mẫu xác định bằng hỗn hợp axit thích hợp. Tùy thuộc vào thành phần hóa học của loại thép hoặc gang cần phân tích, người ta lựa chọn hệ axit hòa tan tối ưu (thường là axit clohydric kết hợp axit nitric, hoặc axit sunfuric/axit pecloric).
• Khử nước tạo silic dioxit không tan: Dung dịch sau khi hòa tan được cô cạn và đun nóng mạnh cho đến khi xuất hiện khói trắng của axit pecloric hoặc axit sunfuric. Quá trình này giúp khử nước hoàn toàn của axit silic hòa tan, chuyển hóa chúng thành silic dioxit (SiO2) ở dạng kết tủa không tan.
• Lọc và rửa kết tủa: Hòa tan các muối hòa tan có trong hỗn hợp bằng nước ấm hoặc dung dịch axit loãng nóng. Tiến hành lọc để thu lấy phần kết tủa silic dioxit không tinh khiết (vẫn còn lẫn một số tạp chất kim loại). Rửa sạch kết tủa bằng dung dịch axit clohydric loãng nóng và nước cất nóng để loại bỏ tối đa các ion tạp chất bám dính.
• Nung và cân lần thứ nhất: Đặt giấy lọc chứa kết tủa vào chén nung (thường là chén bạch kim), tiến hành tro hóa và nung ở nhiệt độ cao từ 1000 độ C đến 1100 độ C cho đến khi khối lượng không đổi. Để nguội trong bình hút ẩm và cân để xác định khối lượng chén nung chứa silic dioxit không tinh khiết.
• Hóa hơi silic bằng axit flohydric: Xử lý cặn trong chén nung bằng axit flohydric (HF) và axit sunfuric. Silic dioxit sẽ phản ứng với HF tạo thành silic tetraflorua (SiF4) là chất dễ bay hơi và bị đẩy ra khỏi chén nung dưới dạng khí.
• Nung và cân lần thứ hai: Nung lại chén nung chứa phần cặn còn lại (các tạp chất không bị bay hơi) ở cùng điều kiện nhiệt độ, để nguội và cân. Hiệu số giữa khối lượng cân lần thứ nhất và lần thứ hai chính là khối lượng của silic dioxit tinh khiết, từ đó tính ra phần trăm khối lượng silic trong mẫu ban đầu.

- Điều 4: Hóa chất và thuốc thử

• Để đảm bảo độ nhạy và độ chính xác của phép phân tích khối lượng, tiêu chuẩn yêu cầu nghiêm ngặt chỉ được sử dụng các thuốc thử có độ tinh khiết phân tích cao và nước cất hoặc nước có độ tinh khiết tương đương.
• Axit clohydric (HCl): Sử dụng ở dạng đậm đặc (d khoảng 1,19 g/ml) và các dung dịch pha loãng theo tỷ lệ thể tích quy định (như 1+1, 1+9, 1+19) phục vụ cho quá trình hòa tan mẫu và rửa kết tủa.
• Axit nitric (HNO3): Dạng đậm đặc (d khoảng 1,40 g/ml) đóng vai trò là chất oxy hóa mạnh để hỗ trợ hòa tan các mẫu thép khó tan.
• Axit pecloric (HClO4): Dạng đậm đặc (d khoảng 1,67 g/ml hoặc 1,54 g/ml), là tác nhân cực kỳ quan trọng trong giai đoạn cô cạn để khử nước tạo silic dioxit. Tiêu chuẩn lưu ý đặc biệt về an toàn lao động khi đun nóng axit pecloric để tránh nguy cơ cháy nổ.
• Axit sunfuric (H2SO4): Dạng đậm đặc (d khoảng 1,84 g/ml) hoặc dung dịch pha loãng (1+1, 1+4) được sử dụng làm môi trường khử nước thay thế hoặc phối hợp trong quá trình xử lý cặn bằng HF.
• Axit flohydric (HF): Dạng đậm đặc (d khoảng 1,15 g/ml), dùng để phản ứng chọn lọc và hóa hơi silic dioxit ra khỏi chén nung bạch kim.